DE102012201354A1 - Method for recognizing manipulation of medical image data set obtained from X-ray unit during storage of image data set in computing device, involves generating error message, when first checksum is not matched with second checksum - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Prüfsummenverfahren für medizinische Bilddaten(sätze) sowie eine zugehörige Vorrichtung bzw. ein Computerprogrammprodukt.In particular, the invention relates to a checksum method for medical image data (sentences) and to an associated device or a computer program product.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Der Standard zur Ablage von medizinischen Bilddaten ist der DICOM-Standard (Digital Imaging and Communications in Medicine) [1]. Gemäß des DICOM-Standards [1] werden alle Objekte in DICOM über eine sogenannte Information Object Definition festgelegt. Diese besteht aus mehreren Modulen, die wiederum einzelne Attribute bzw. Sequenzen von Attributen enthalten. Ein Attribut wird über eine festgelegte achtstellige Hexadezimalzahl, ein sogenanntes Data Tag definiert. Die ersten vier Stellen definieren die Zugehörigkeit des Attributes zu einer bestimmten Gruppe (wie beispielsweise File Meta Information), die weiteren vier bestimmen das Element. Zur besseren Lesbarkeit wird ein DICOM Data Tag normalerweise in der Form (aaaa, bbbb) mit einem Komma in der Mitte dargestellt. Somit entspricht das Tag 0x00100010 – Patient's Name – dem Dezimalwert 1048592 und wird als (0010, 0010) dargestellt. Dabei werden die Bilddaten von einer bildgebenden Modalität generiert, mit den entsprechenden DICOM-Tags versehen und auf einem nichtflüchtigen Speichermedium gespeichert (meist eine Festplatte).The standard for storing medical image data is the DICOM standard (Digital Imaging and Communications in Medicine) [1]. According to the DICOM standard [1], all objects in DICOM are defined via a so-called Information Object Definition. This consists of several modules, which in turn contain individual attributes or sequences of attributes. An attribute is defined by a fixed eight-digit hexadecimal number, a so-called data tag. The first four digits define the attribution of the attribute to a particular group (such as File Meta Information), the other four determine the item. For better readability, a DICOM Data Tag is usually represented in the form (aaaa, bbbb) with a comma in the middle. Thus, the tag 0x00100010 - Patient's Name - corresponds to the decimal value 1048592 and is represented as (0010, 0010). The image data is generated by an imaging modality, provided with the appropriate DICOM tags and stored on a non-volatile storage medium (usually a hard disk).
Zur Diagnose oder Archivierung werden diese DICOM-Daten wieder vom nicht-flüchtigen Speichermedium geladen, dargestellt bzw. versendet. Das Problem hierbei ist, dass kein Mechanismus vorgesehen ist, der die „Unversehrtheit” der Bilddaten sicherstellt, d. h. wenn bei der Speicherung selbst, während der Speicherdauer, beim Laden oder Netzwerk-Versand der Bilddaten ein Fehler auftritt (Soft- oder Hardware-Fehler), so bleibt das unentdeckt, solange die interne Struktur des DICOM-Formats korrekt bleibt.For diagnosis or archiving, these DICOM data are again loaded, displayed or sent from the non-volatile storage medium. The problem here is that no mechanism is provided to ensure the "integrity" of the image data, i. H. If an error occurs during the storage itself, during the storage period, during loading or network transmission of the image data (software or hardware error), this remains undetected as long as the internal structure of the DICOM format remains correct.
Aus [5] ist ein Prüfverfahren bekannt, das das Risiko von Übertragungs- bzw. Speicherfehlern verringert. Für die Problematik von Übertragungs- bzw. Speicherfehlern stellt der DICOM-Standard eine „storage commitment”-Funktion zur Verfügung, bei der die sendende Recheneinrichtung nach bestätigter Datenübertragung anfragen kann, ob die übermittelten Daten sicher gespeichert wurden. Dies ist beispielsweise interessant, wenn die genannte Recheneinrichtung die Bilddatensätze löschen will und sicherstellen möchte, dass diese auch archiviert bzw. sicher an eine weitere Recheneinheit übertragen worden sind.From [5] a test method is known which reduces the risk of transmission or memory errors. For the problem of transmission or memory errors, the DICOM standard provides a "storage commitment" function, in which the sending computing device can request after confirmed data transmission whether the transmitted data has been securely stored. This is of interest, for example, if the named computing device wants to delete the image data sets and wants to ensure that they have also been archived or securely transmitted to another arithmetic unit.
Aus [6] ist ein Verfahren zum Erkennen einer Manipulation bei der Übertragung von Steuerdaten von einer ersten Steuereinheit zu einer zweiten Steuereinheit über ein Netzwerk schon vorgeschlagen worden. Diese Verfahren wird vor allem im Bereich der Zugsteuerung bzw. Fahrzeugsteuerung oder sonstiger Betreiberfunktionen eingesetzt werden. Weiterhin kann es sich bei dem Übertragungsnetzwerk um ein Netzwerk eines Energieautomatisierungsnetzes handeln. Bei dem Übertragungsnetzwerk handelt es sich insbesondere um ein Ethernet-basiertes oder IP-basiertes Produktionsnetzwerk, das Steuernetzwerke unterschiedlicher Fertigungszellen miteinander verbindet.From [6] a method for detecting a manipulation in the transmission of control data from a first control unit to a second control unit via a network has already been proposed. This method will be used above all in the field of train control or vehicle control or other operator functions. Furthermore, the transmission network may be a network of an energy automation network. In particular, the transmission network is an Ethernet-based or IP-based production network that interconnects control networks of different manufacturing cells.
Im Zusammenhang mit medizinischen Bilddaten stellen bei einer DICOM-Datei die Bilddaten mit Abstand den größten Datenblock dar. Ein Fehler in diesem Bilddaten-Block bleibt unentdeckt, solange die Größe des Bilddatenblocks gleich bleibt oder größer wird als der ursprüngliche Bilddatenblock.In the context of medical image data, in a DICOM file, the image data is by far the largest data block. An error in this image data block remains undetected as long as the size of the image data block remains the same or larger than the original image data block.
Ein defekter Sektor auf einer Festplatte/CD/DVD könnte so z. B. einen Bildbereich einer geladenen DICOM-Datei komplett schwarz oder weiß erscheinen lassen. Solch ein großflächiges Artefakt würde vermutlich auch von einem Laien als Speicherfehler identifiziert werden können. Viel kritischer sind Fehler, die nur einen kleinen Bildbereich betreffen oder weniger kontrastreich im Bild erscheinen. Diese könnten von einem Mediziner als anatomische Struktur mißgedeutet werden und so zu einer Fehldiagnose und -behandlung führen.A defective sector on a hard drive / CD / DVD could be such. For example, an image area of a loaded DICOM file may appear completely black or white. Such a large-scale artifact would probably also be identifiable by a layman as a memory error. Much more critical are errors that only affect a small image area or appear less contrasty in the image. These could be misinterpreted by a physician as an anatomical structure leading to misdiagnosis and treatment.
Ähnliches gilt, wenn die Bilddaten nachträglich, ggf. mutwillig bzw. versehentlich manipuliert wurden. Die kann gegebenenfalls mit der derzeitigen DICOM-Struktur nicht erkannt werden und würde ebenfalls zu einer Fehldiagnose bzw. -behanlung führen.The same applies if the image data were subsequently manipulated, possibly willfully or accidentally. This may not be recognized with the current DICOM structure and would also result in misdiagnosis.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gegen Manipulation und Fehler gesicherte Speicherung der medizinischen Bilddaten zu verbessern.It is an object of the invention to improve a secured against manipulation and error storage of medical image data.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß der unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche bzw. lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is solved by the features according to the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims or can be taken from the following description and the exemplary embodiments.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erkennen zumindest einer Manipulation von einem oder mehreren medizinischen Bilddatensätzen bei Speicherung derselben auf einer Recheneinrichtung. Dabei wird
- – vor der Speicherung des einen oder mehrerer Bilddatensätze wenigstens eine erste Prüfsumme zumindest für einen Teil der Bilddatensätze ermittelt und in den Bilddatensätzen abgelegt,
- – wobei nach der Speicherung wenigstens eine zweite Prüfsumme aus den Bilddatensätzen ermittelt und mit der in den Bilddatensätzen abgelegten ersten Prüfsumme verglichen wird,
- – wobei bei nicht übereinstimmenden Prüfsummen eine Fehlermeldung erzeugt wird.
- At least one first checksum is determined at least for a part of the image data sets and stored in the image data sets before the storage of the one or more image data sets,
- Wherein, after the storage, at least one second checksum is determined from the image data sets and compared with the first checksum stored in the image data sets,
- - An error message is generated if the checksums do not match.
Ein Aspekt der Erfindung besteht in der Nutzung von sogenannten privaten DICOM-Tags bzw. in der Verwendung eines privaten Inhalts zumindest eines Bilddatensatzes zur Speicherung von Prüfsummen.One aspect of the invention is the use of so-called private DICOM tags or in the use of a private content of at least one image data set for storing checksums.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in der Verwendung mehrerer Prüfsummen je nach Einsatzbereich (schnelle Berechnung = weniger Sicherheit; langsame Berechnung = höhere Sicherheit).A development of the invention consists in the use of multiple checksums depending on the application (fast calculation = less security, slow calculation = higher security).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, dass die wenigstens eine erste Prüfsumme und/oder wenigstens eine zweite Prüfsumme in eine Protokoll-Datei ausgegeben werden.A further aspect of the invention is that the at least one first checksum and / or at least one second checksum are output to a log file.
Des Weiteren können die Prüfsummen bei der Entwicklung und Validierung der Bildverarbeitungskette genutzt werden.Furthermore, the checksums can be used in the development and validation of the image processing chain.
Dabei wird das Verfahren zum Erkennen einer Manipulation von einem oder mehreren medizinischen Bilddatensätzen für eine Validierung von Bildverarbeitungsalgorithmen durch Vergleich derselben in einer Prototyp-Implementierung mit den Ergebnissen einer Produktimplementierung verwendet. Wenn eine Prüfsumme für die Bilddaten vorliegt, kann diese in eine solche Protokoll-Datei ausgegeben werden und somit mit der Prüfsumme einer Prototypen-Implementierung verglichen werden.The method is used to detect manipulation of one or more medical image data sets for validation of image processing algorithms by comparing them in a prototype implementation with the results of a product implementation. If there is a checksum for the image data, it can be output to such a log file and thus compared to the checksum of a prototype implementation.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine zugehörige Vorrichtung, vorzugsweise ein Server bzw. Computer, aufweisend Mittel bzw. Module zur Durchführung des oben genannten Verfahrens, die jeweils hardwaremäßig und/oder softwaremäßig auch als Computerprogrammprodukt ausgeprägt sein können.A further aspect of the invention is an associated device, preferably a server or computer, comprising means or modules for carrying out the above-mentioned method, which in each case can be developed in terms of hardware and / or software as a computer program product.
Weiterbildungen der Vorrichtung bzw. des Computerprogrammprodukts sind analog zu den bereits oben dargestellten Ausführungsformen möglich.Further developments of the device or of the computer program product are possible analogously to the embodiments already described above.
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:
- – Sicherstellung der „Unversehrtheit” von medizinischen Bilddaten selbst nach Speicherung auf nicht-flüchtigen Speichermedien (z. B. Festplatte, CD, DVD, USB-Stick) oder nach Netzwerk-Versand.
- – Bei separater, sicherer Speicherung der Prüfsummen kann ein Schutz gegen mutwillige bzw. versehentliche, nachträgliche Manipulation der Bilddaten gewährleistet werden
- - Ensuring the "integrity" of medical image data even after storage on non-volatile storage media (eg hard disk, CD, DVD, USB stick) or after network delivery.
- - With separate, secure storage of the checksums, protection against intentional or accidental manipulation of the image data can be guaranteed
Beschreibung eines oder mehrerer AusführungsbeispieleDescription of one or more embodiments
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of embodiments in conjunction with the drawings.
In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
Zudem wird bzgl. der in der Zeichnung verwendeten Begriffe auf die beigefügte Bezugszeichenliste verwiesen. Die Erfindung ist nicht auf das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Alternativ zu der in
Gemäß
Die Aufnahmeanordnung
Die Steuereinrichtung
Das Computerprogramm
Wie weiterhin in
Die Auswertungseinrichtung
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Ausführungsform beispielsweise in der Auswertungseinrichtung
DICOM-Standard-Attribute [1] haben immer eine geradzahlige Gruppenzahl, wobei die Gruppen 0000, 0002, 0004 und 0006 für DIMSE-Kommandos und DICOM File Sets reserviert sind. Ungerade Gruppenzahlen sind normalerweise privaten Datenelementen vorbehalten, die durch den Implementierer vergeben werden können.Standard DICOM attributes [1] always have an even group number, with groups 0000, 0002, 0004 and 0006 reserved for DIMSE commands and DICOM file sets. Odd group numbers are usually reserved for private data items that can be assigned by the implementer.
Gemäß
- S1: Vor der Speicherung des einen oder mehrerer Bilddatensätze wird wenigstens eine erste Prüfsumme zumindest für einen Teil der Bilddatensätze ermittelt und in den Bilddatensätzen abgelegt,
- S2: wobei nach der Speicherung wenigstens eine zweite Prüfsumme aus den Bilddatensätzen ermittelt und mit der in den Bilddatensätzen abgelegten ersten Prüfsumme verglichen wird,
- S3: wobei bei nicht übereinstimmenden Prüfsummen eine Fehlermeldung erzeugt wird.
- S1: Before the storage of the one or more image data records, at least one first checksum is determined for at least some of the image data records and stored in the image data records,
- S2: wherein, after the storage, at least one second checksum is determined from the image data sets and compared with the first checksum stored in the image data sets,
- S3: an error message is generated if the checksums do not match.
Um sicherzustellen, dass die Bilddaten unversehrt gespeichert und geladen wurden, kann in einem solchen privaten DICOM-Tag eine Prüfsumme für die digitalen Bilddaten (bei Bildserien oder -schichten evtl. für jedes einzelne Bild) abgelegt werden.In order to ensure that the image data has been stored and loaded intact, a checksum for the digital image data (in the case of image series or layers, possibly for each individual image) can be stored in such a private DICOM tag.
Dies sollte so früh wie möglich in der Bildkette geschehen, aber natürlich erst, wenn die Bilddaten nicht mehr modifiziert werden. Als Prüfsumme bieten sich verschiedene bekannte Hash-Funktionen bzw. Streuwertfunktionen [2] an (z. B. CRC, MD5, SHA-1, etc.). Dabei ist der Aufwand der Berechnung einer solchen Prüfsumme gegenüber der zugesicherten „Fehlersicherheit” abzuwägen.This should be done as early as possible in the image chain, but of course only if the image data are not modified anymore. As a check sum, various known hash functions or scatter value functions [2] are available (eg CRC, MD5, SHA-1, etc.). In this case, the cost of calculating such a checksum against the assured "error safety" is to be weighed.
Es ist von Vorteil, mehrere Prüfsummen zu generieren und in DICOM-Tags zu speichern. So könnte ein erster, grober Fehlertest anhand der einfachen und schnell berechenbaren Prüfsumme erfolgen (wenn z. B. die Verarbeitungsgeschwindigkeit kritisch ist). Falls mehr Zeit zur Verfügung steht (z. B. beim Netzwerk-Versand der DICOM-Daten), könnte ein sicherer Test anhand einer aufwendigeren Prüfsumme erfolgen.It is beneficial to generate multiple checksums and store them in DICOM tags. Thus, a first, rough error test could be based on the simple and quickly calculable checksum (eg if the processing speed is critical). If more time is available (eg when sending the DICOM data via network), a secure test could be performed on the basis of a more complex checksum.
Ein weiterer Anwendungsfall kann der Schutz gegen versehentliche bzw. mutwillige, nachträgliche Manipulation der Bilddaten sein. Dazu müssen die Prüfsummen natürlich manipulationssicher abgespeichert werden. Dies kann z. B. in einer separaten Datenbank geschehen.Another application may be the protection against accidental or wanton, subsequent manipulation of the image data. Of course, the checksums must be stored tamper-proof. This can be z. B. done in a separate database.
Des Weiteren können zur Manipulationssicherung die Prüfsummen mittels steganographischer Methoden (siehe z. B. [4]) in die Bilddaten selbst eingebettet werden. Die sollte dann in einer Weise erfolgen, welche die korrekte Befundung der medizinischen Bilddaten nicht stört.Furthermore, the checksums can be embedded in the image data themselves by means of steganographic methods (see, for example, [4]) for tamper-proofing purposes. This should then be done in a way that does not interfere with the correct reading of the medical image data.
Darüber hinaus kann die Prüfsumme auch für andere Zwecke eingesetzt werden: Bei der Validierung neuer Bildverarbeitungsalgorithmen werden häufig die berechneten Bilddaten einer Prototyp-Implementierung mit den Ergebnissen der Produktimplementierung verglichen. Dies kann durch binären Vergleich der Bilddaten (also Pixel für Pixel) geschehen. In manchen Situationen ist aber das Gesamtbild nicht oder nur schwer zugänglich, z. B. zwischen einzelnen Berechnungsschritten in der Bildverarbeitungskette. Wenn eine Prüfsumme für die Bilddaten vorliegt, kann diese auch an einer solch schwer zugänglichen Stelle in eine Protokoll-Datei ausgegeben werden und somit mit der Prüfsumme einer Prototypen-Implementierung verglichen werden. Dies würde den Entwicklungs- und Validierungsaufwand deutlich reduzieren und die Qualität und Verlässlichkeit der Validierung erhöhen.In addition, the checksum can also be used for other purposes: When validating new image processing algorithms, the calculated image data of a prototype implementation is often compared with the results of the product implementation. This can be done by binary comparison of the image data (ie pixel by pixel). In some situations, but the overall picture is not or difficult to access, for. B. between individual calculation steps in the image processing chain. If there is a checksum for the image data, it can also be output in such a hard to reach place in a log file and thus compared with the checksum of a prototype implementation. This would significantly reduce the development and validation effort and increase the quality and reliability of the validation.
Referenzenreferences
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